Труды КНЦ вып.8 (ЭНЕРГЕТИКА вып.4 1/2012(8)

Введение. Проектирование современных сложных технических систем невозможно без использования средств вычислительной техники. Индукционные нагревательные установки (ИНУ), несомненно, относятся к сложным техническим системам, во-первых, из-за сложности конструкции и, во-вторых, из-за сложности взаимосвязанных процессов, протекающих в установке во время нагрева. Электромагнитные и тепловые взаимосвязанные процессы, протекающие в индукционной нагревательной установке во время нагрева, описываются нелинейными дифференциальными уравнениями. Исследование таких систем возможно только численными методами, и это еще одна причина необходимости использования вычислительной техники при проектировании ИНУ. При исследовании индукционного нагрева традиционно используется метод конечных элементов (МКЭ) [1]. Можно смело утверждать, что все современные программные продукты, такие, например, как ANSYS, Cedrat Flux, Maxwell, Femlab, ELCUT, предоставляют возможность реализации МКЭ для расчета полей различной природы. Окончательный выбор программного продукта определяется наличием или доступностью самой программы и наличием вычислительной техники, достаточной для использования выбранной программы мощности. Ограничения обусловлены высокой стоимостью программ (ANSYS, Cedrat Flux), а так же повышенными требованиями к производительности компьютера со стороны конечно-элементных пакетов программ. Численное моделирование ИНУ в программе ELCUT. Как известно, при нагреве стали выше точки Кюри (около 800°С) она теряет магнитные свойства. По этой причине резко снижается эффективность нагрева индукционным способом. Для поддержания эффективности нагрева на прежнем уровне необходимо повысить частоту питающего тока. Для этой цели индуктор изготавливается из двух секций, работающих на разных частотах. Нагрев до точки Кюри происходит на низкой частоте. Чаще всего это промышленная частота 50Гц. Дальнейший нагрев происходит на повышенной частоте. В нашем случае это 100Гц. В настоящей работе исследована возможность моделирования процесса индукционного нагрева на двух частотах. Исследования проводились с помощью программного продукта ELCUT - одной из наиболее доступных программ для расчета электромагнитных тепловых полей в сочетании с ЭВМ средней мощности, широко распространенной среди аспирантов и молодых ученых. Исследовалась проходная ИНУ для нагрева цилиндрических стальных заготовок. Основные параметры: диаметр заготовки 120 мм; длина заготовки 300 мм; производительность 2000 кГ/час; теплофизические свойства стали: • теплоемкость с, дж/(кг°с) 650, • теплопроводность X, Вт/м°с 30, • плотность р 0 , кг/м37.8'103; • удельное сопротивление р 0, Ом м (при t = 650°C) 610-7; мощность установки до 1000 кВт. температурный режим нагрева: • нагрев от 20 до 860°С на частоте 50 Гц, • нагрев от 860 до 1180°С на частоте 1000 Гц. 86